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Gas- und Flüssigkeitsmengenmesser mit veränderlicher Blende Mit Blenden
arbeitende Mengenmesser zur Messung der Durchflußmengen von Gasen und Flüssigkeiten
sind bekannt. Meßvorrichtungen dieses Typs arbeiten nach dem Prinzip der Messung
des Druckabfalls durch eine verengende Blende, die in die durchströmte Leitung eingebaut
ist. Sie können mit Blenden unveränderlicher Größe, z. B. einer Blendenscheibe,
arbeiten. In diesem Fall liegt ein Druckabfall des Mediums von einem Punkt vor der
Blende zu einem Punkt hinter der Blende vor, und dieser Druckabfall ist eine Funktion
der Strömung.
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Es ist ferner bekannt, Mengenmesser mit veränderlicher Blende und
konstantem Druckabfall zu bauen.
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In diesem Fall ist die Blendengröße eine Funktion der Strömung. Mengenmesser
der letztgenannten Art sind gewöhnlich mit einem konischen Rohr versehen, in dem
ein »Schwimmer« von bestimmter Größe, z. B. eine Kugel, angeordnet ist. Der Schwimmer
wird in dem konischen Rohr durch eine vorbestimmte Kraft in Strömungsrichtung mitgenommen.
Der Innendurchmesser des Rohrs verändert sich so, daß er in Strömungsrichtung größer
wird. In den meisten Fällen wird das konische Rohr in den Mengenmessern senkrecht
angeordnet, wobei die Strömung des Mediums durch das Rohr von unten nach oben verläuft
und der Schwimmer durch die Schwerkraft unten ge halten wird. Die stetige Strömung
in Aufwärtsrichtung durch das Rohr hebt daher den Schwimmer in eine Gleichgewichtslage,
in der das Gewicht des Schwimmers den Druckabfall durch die Ringblende, die durch
den Raum zwischen dem Schwimmer und den Rohrwänden gebildet wird, genau ausgleicht.
Diese Ringblende ist natürlich von veränderlicher Größe, und die Höhe des Schwimmers
im Rohr ist proportional der Blende. Durch die Höhe des Schwimmers im Rohr wird
somit die Gasdurchflußmenge gemessen.
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Es ist üblich. das konische Rohr aus Glas herzustellen, so daß die
Lage des Schwimmers zu sehen ist, und das Rohr mit Teilstrichen oder einer Skala
zu versehen, so daß die Höhenlage des Schwimmers leicht gemessen werden kann. Natürlich
können auch andere als optische Mittel, beispielsweise elektronische Vorrichtungen,
zur Abtastung der Lage des Schwimmers und somit zur Messung der Durchflußmenge verwendet
werden.
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Die Schwimmer für die Mengenmesser werden häufig in Form einer Kugel
aus einem Werkstoff der gewünschten Dichte hergestellt. Allgemein werden sie aus
nichtrostendem Stahl, Aluminium und Glas angefertigt. Bekannt sind auch Schwimmer
in Form eines Kreisels, der symmetrisch um die senkrecht Mittelachse ausgebildet
ist und nach unten konisch
zu einer Spitze zuläuft. Bisweilen haben die kreiselförmigen
Schwimmer einen den größten Durchmesser darstellenden Flansch, der mit winkligen
Einschnitten versehen ist, so daß der Schwimmer durch das vorbeiströmende Gas in
kreisende Bewegung versetzt wird.
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Zweck der kreisenden Bewegung ist die Verbesserung der Stabilität
der Lage des Schwimmers sowohl vertikal als auch axial.
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Ein besonders ernstes Problem, das mit der Verwendung von Mengenmessern
mit veränderlicher Blende verbunden war und nie gelöst wurde, war das Zubruchgehen
der in den Mengenmessern verwendeten konischen Glasrohre. Dieses Problem ist noch
dadurch erschwert, daß die Ursache des Bruchs nie festgestellt wurde. Bruch durch
zu starken Druck des Mediums zu verhindern, ist kein Problem, da die Rohre ohne
weiteres auf einen genügend hohen Druck ausgelegt und geprüft werden können, urn
ihre Eignung vorauszusagen. Bruch durch mechanische Einwirkungen zu vermeiden, ist
ebenfalls kein Problem, da die umgebenden Teile und Halterungen so ausgebildet werden
können, daß zufälliges Zubruchgehen vermieden wird. Zerbrechen durch einen abrutschenden
Schraubschlüssel ist ebenfalls kein Geheimnis für den Bedienungsmann. Durch entsprechende
Vorsicht ist er in der Lage, solche Schäden zu verhindern.
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Trotzdem treten in diesen Mengenmessern noch ständig Brüche auf,
die statistisch ermittelt wurden.
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Ein weiteres bei Mengenmessern dieses Typs auftretendes Problem ist
die Neigung des Schwimmers, nach einem Druckstoß, durch den er an das obere Ende
des konischen Rohres befördert wurde, in dieser Stellung zu bleiben, auch wenn der
Druckstoß vorbei ist und der Schwimmer in eine niedrigere Stellung hätte gehen müssen.
Dieses Verbleiben des Schwimmers am oberen Ende des Rohres ergibt natürlich eine
falsche Mengen anzeige.
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Diese Nachteile, insbesondere die noch auftretenden Brüche, werden
durch den verbesserten erfindungsgemäßen Mengenmesser beseitigt. Hierfür wird für
einen mit veränderlicher Blende arbeitenden Gas-und Flüssigkeitsmengenmesser mit
einem Meßrohr, dessen innere Querschnittsfläche vom Eintritts- zum Austrittsende
allmählich größer wird, wobei das Meßrohr innen mit einem Schwimmer versehen ist,
der mit praktisch gleichbleibender Kraft zum Eintrittsende hin gedrückt wird, vorgeschlagen,
daß ein am Austrittsende des Meßrohres angeordneter Schwimmeranschlag mit einer
flachen, nicht unterbrochenen zentralen Oberfläche vorhanden ist, die sich rechtwinklig
zur Rohrachse erstreckt und dem Eintrittsende des Rohres zugewandt ist, und einem
außerhalb dieser Oberfläche gebildeten Austrittsweg für das Medium und daß der Außenrand
der nicht unterbrochenen Fläche an keiner Stelle vom nächsten Punkt auf der Rohrinnenwand
weiter als einen halben Durchmesser des Schwimmers entfernt ist. Nach einem Druckstoß
gibt der Mengenmesser keine falsche Anzeige, und der Schwimmer hat nicht das Bestreben,
am oberen Ende des Durchflußrohres zu bleiben, es sei denn, daß diese Stellung der
wahren Durchflußmenge entspricht.
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Die Erfindung wird in Verbindung mit der Zeichnung erläutert.
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Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine Ausführungsform des
Mengenmessers gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer anderen Bauart
eines Schwimmers für den in Fig. 1 dargestellten Mengenmesser; Fig. 3 ist ein senkrechter
Schnitt durch den oberen Schwimmeranschlag gemäß der Erfindung und zeigt dessen
Detailkonstruktion; Fig. 4 ist eine Draufsicht auf den in Fig. 3 dargestellten Schwimmeranschlag;
in Fig. 5 bis 10 sind in der gleichen Weise wie in Fig. 3 und 4 drei weitere Ausführungsformen
des oberen Schwimmeranschlags dargestellt.
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Der verbesserte Mengenmesser gemäß der Erfindung mit veränderlicher
Blende läßt sich ganz allgemein als Mengenmesser mit einem Meßrohr beschreiben,
dessen innere Querschnittsfläche vom Eintrittsende zum Austrittsende allmählich
größer wird und das innen mit einem Schwimmer versehen ist, der mit praktisch gleichmäßiger
Kraft zum Eintrittsende gedrückt wird. Die Form der Querschnittsfläche des Rohrs
ist nicht wichtig, jedoch ist sie gewöhnlich kreisförmig, so daß das Rohr die Form
eines schmalen Kegelstumpfs hat. Das Rohr besteht vorzugsweise aus Glas und ist
im wesentlichen senkrecht angeordnet, so daß die auf den Schwimmer einwirkende Schwerkraft
diesen mit praktisch gleichbleibender Kraft gegen das Eintrittsende des Rohrs drückt.
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Die Verbesserung gemäß der Erfindung besteht aus einem am Austrittsende
des Meßrohrs angebrachten Schwimmeranschlag mit einer im wesentlichen
flachen, mittleren,
ununterbrochenen, im rechten Winkel zur Rohrachse verlaufenden und dem Eintrittsende
des Rohrs zugewandten Oberfläche und einem außerhalb dieser Oberfläche gebildeten
Weg für den Durchgang des Mediums, wobei die ununterbrochene Fläche so bemessen
ist, daß ihr äußerstes Ende nie mehr als einen halben Durchmesser des Schwimmers
vom nächsten Punkt der Rohrinnenwand entfernt ist. Ist die Querschnittsform des
Schwimmers kreisförmig, ist als sein Durchmesser der Durchmesser an der dicksten
Stelle anzusehen.
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Ist die Querschnittsform des Schwimmers nicht kreisförmig, gilt als
sein Durchmesser der größte Abstand über den Schwimmer in Richtung quer zur Rohrachse.
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In Fig. 1 ist 1 ein Meßrohr mit rundem Querschnitt, das sich innen
so verjüngt, daß seine Bohrung nach oben weiter wird. 2 ist der Rahmen des Mengenmessers,
an den die oberen und unteren Halterungen 3 und 4 gelötet sind. Der L-förmige Gaseintrittsstutzen
5 ist in die Gewindemuffe 6 geschraubt, die ihrerseits in die Halterung 4 geschraubt
ist. Der untere Schwimmeranschlag7 ist zwischen zwei elastischen Dichtungsscheiben
8 und 9 zwischen dem Ende des Meßrohrs 1 und der Muffe 6 eingepreßt. Der obere Schwimmeranschlag
10 ist zwischen zwei elastischen Dichtungsscheiben 11 und 12 zwischen dem Ende des
Meßrohrs 1 und der Ausnehmung in der Halterund 3 eingepreßt. Der L-förmige Gasaustrittsstutzen
14 ist in die Halterung 3 geschraubt. Die Halterung3 ist mit einem Durchgang 15
versehen, der den Ge windefitting 14 und die Ausnehmung 13 für den Schwimmeranschlag
10 verbindet. In der Muffe 6 befindet sich der zentrale Durchgang 16 als Verbindung
zwischen dem unteren Schwimmeranschlag und dem Gaseintrittsnippel 5. Der Schwimmer
17, der in diesem Fall aus einer Kugel aus nichtrostendem Stahl besteht, hat einen
Durchmesser, der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des schmaleren Endes
von Rohr 1.
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In Fig. 3 und 4 ist die Konstruktion des in Fig. 1 gezeigten oberen
Schwimmeranschlags 10 ausführlicher dargestellt. Der Flansch 18 erstreckt sich zur
Abdichtung zwischen den Dichtungsscheiben 11 und 12. Der Durchmesser des zylindrischen
Teils 19 ist genügend kleiner als der Innendurchmesser des Rohrs 1 an dieser Stelle,
so daß das Gas voll durch den Ringraum zwischen diesen Teilen strömen kann.
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Gemäß der Erfindung muß jedoch der Durchmesser des Zylinders 19 und
somit der flachen Oberfläche 20 so groß sein, daß der radiale Abstand zwischen der
Fläche 20 und der Innenwand des Rohrs 1 neben der Fläche 20 an keiner Stelle größer
ist als der Radius des Schwimmers 17. Der obere Schwimmeranschlag 10 ist mit dem
zentralen Durchgang 21 und den seitlichen Durchgängen 22 und 23 versehen. Im Betrieb
strömt das Gas durch den Eintrittsstutzen 5, durch den Durchgang 16, durch die zentrale
Bohrung des unteren Schwimmeranschlags 7, durch Rohrl und den Ringraum zwischen
Schwimmer 17 und Rohr 1, weiter durch das Rohr 1 und durch den Ringraum zwischen
der zylindrischen Oberfläche 19 des oberen Schwimmeranschlags 10 und der Innenwand
von Rohr 1, dann durch die Durchgänge 22 und 23 und durch die Bohrung 21 im oberen
Schwimmeranschlag 10, dann durch den Durchgang 15 und durch den Gasaustrittsstutzen
14 nach außen. Auf dem Wege durch den Ringraum zwischen Rohr 1 und Schwimmer
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entsteht ein Druckabfall, der genau dem Gewicht des Schwimmers 17 entspricht, wenn
er sich in der Gleichgewichtslage für diese Strömung befindet.
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Die Höhe des Schwimmers 17 im Rohrl ist eine Funktion der Gasströmung
durch den Messer und gibt daher deren Wert an. Eine geeignete Skala ist am Rohr
1 vorgesehen oder eingraviert oder am Rahmen 2 oder neben dem Rohr 1 befestigt,
so daß direkt abgelesen werden kann.
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Fig. 2 zeigt eine kreiselförmige Bauart eines Schwimmers 117, der
in Mengenmessern dieser Art gebraucht werden kann. Im äußeren Flansch 118 sind Zähne
im leichten Winkel eingeschnitten, so daß dem Schwimmer durch das vorbeiströmende
Gas eine Drehbewegung verliehen wird.
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Eine andere Ausführungsform eines oberen Schwimmeranschlags gemäß
der Erfindung ist in Fig. 5 und 6 dargestellt. 210 ist ein Schwimmeranschlag mit
einem Flansch 218 zur Abdichtung zwischen Dichtungsscheibenll und 12 (Fig. 1). In
diesem Fall steht eine zentrale Bohrung 221 mit einer Anzahl kleiner divergierender
Durchgänge 222 in Verbindung. Die im wesentlichen flache Oberfläche 220 hat innerhalb
der Stelle, wo sie durch die Durchgänge 222 unterbrochen wird, einen solchen Durchmesser,
daß der ununterbrochene Bereich an keiner Stelle mehr als den halben Durchmesser
des Schwimmers 17 von der Innenwand des Rohrs 1 neben dieser Oberfläche entfernt
ist.
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Eine weitere Ausführungsform des oberen Schwimmeranschlags gemäß
der Erfindung ist in Fig. 7 und 8 dargestellt. Hierbei ist 310 der obere Schwimmeranschlag
mit Flansch 318 zur Abdichtung zwischen Dichtungsscheiben 11 und 12 (Fig. 1).
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Durch den Anschlag verläuft der zentrale Durchgang321. In diesem
Fall sind radiale Durchgänge 322 und zusätzlich Rillen323 in der zylindrischen Oberfläche
319 als Wege für das Gas den Schwimmeranschlag entlang und durch ihn hindurch vorgesehen.
Auch hier beträgt der Abstand zwischen dem ununterbrochenen Teil der Oberfläche
320 und der Innenwand des Rohrs 1 neben dieser Oberfläche einen halben Durchmesser
des Schwimmers 17.
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Eine weitere Ausführungsform eines oberen Schwimmeranschlags gemäß
der Erfindung ist in Fig. 9 und 10 dargestellt. Hier ist 410 der Schwimmeranschlag
mit dem Flansch 418 zur Abdichtung zwischen den Dichtungsscheiben 11 und 12 (Fig.
1) und dem zentralen Durchgang 421. In diesem Fall ist in der zylindrischen Oberfläche
418 eine Ringnut 450 vorgesehen, von der die Durchgänge 422 abgehen. Unter der Ringnut
450 sind weite Nuten 423 aus der zylindrischen Oberfläche 419 ausgeschnitten.
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In diesem Fall strömt das Gas durch den Raum 423 in die Nut 450,
durch die Bohrungen 422 und durch den Durchgang 421 nach außen. Auch hier erstreckt
sich die nicht unterbrochene Oberfläche 420 des Schwimmeranschlags 410 über einen
Bereich, der an keiner Stelle weiter von der Innenwand des Rohrs 1 neben dieser
Oberfläche als einen halben Durchmesser des Schwimmers 17 entfernt ist.
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Zahlreiche Versuche wurden mit bekannten Ausführungen und mit Konstruktionen
gemäß der Erfindung durchgeführt. Die üblichen Bauarten für obere Schwimmeranschläge
sind häufig dem unteren Schwimmeranschlag 7 von Fig. 1 ähnlich. Die Ergebnisse dieser
eingehenden Untersuchungen lassen erkennen, daß ein Bruch der Meßrohre sich aus
einer
gewissen Einwirkung des Schwimmers als Folge eines Druckstoßes in der Leitung ergibt,
auch wenn der hierbei auftretende Druck nicht hoch genug ist, um das Rohr zu schädigen.
Wiederholte Versuche mit der Bauart gemäß der Erfindung hatten das Ergebnis, daß
ein solcher Bruch ausgeschaltet ist.
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In wiederholten Versuchen mit den üblichen Mengenmessern dieses Typs
wurde außerdem festgestellt, daß der Schwimmer nach einem Druckstoß häufig in einer
Lage neben dem oberen Schwimmeranschlag bleibt, auch wenn der Druckstoß vorbei ist.
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Hierdurch ergibt sich falsche Anzeige. Zahlreiche Versuche mit Konstruktionen
gemäß der Erfindung haben ergeben, daß der Schwimmer nicht die Neigung hat, nach
einem Druckstoß am Schwimmeranschlag zu bleiben, sondern sofort zu einer Stellung
zurückkehrt, die der wahren Durchflußmenge nach dem Druckstoß entspricht.
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Bei einigen Konstruktionen ist das Meßrohr mit mehreren inneren Führungsrippen,
z. B. drei Führungsrippen, versehen, um den Schwimmer genau zu führen. Diese Rippen
können beispielsweise innerhalb des Rohrs in eine Rotationsfläche auslaufen, die
der Rohrwand entspricht und einen Durchmesser hat, der kleiner als der Innendurchmesser
des Rohrs und etwas größer als der Durchmesser des Schwimmers ist. Werden Rohre
dieser Bauart mit dem Schwimmeranschlag gemäß der Erfindung versehen, wird der nicht
unterbrochene zentrale Oberflächenbereich in bezug auf den Innendurchmesser des
Rohrs und nicht der Rippen definiert, so daß auch in diesem Fall die nicht unterbrochene
Oberfläche des oberen Schwimmeranschlags so bemessen werden muß, daß ihre Außenkante
an keiner Stelle vom nächsten Punkt an der Innenwand des Rohrs weiter entfernt ist
als einen halben Durchmesser des Schwimmers.
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Die erzielte Verbesserung gegenüber bisher verwendeten Rohren mag
aus dem Folgenden hervorgehen. Verwendet man das an sich bekannte Rohr mit dem erfindungsgemäßen
Schwimmeranschlag 10, der aus Nylon besteht, so wird zur Prüfung das Magnetventil
von Hand wiederholt geöffnet und geschlossen, wenn ein Kompressordruck von 7 kg/cm2
vorhanden ist und das Nadelventil eine Einstellung hat, daß 90 0/o des vollen Skalenwertes
angezeigt werden. Weiter wird so verfahren, daß vor dem nächsten Öffnen genügend
Zeit - etwa 4 Sekunden - verstreicht, so daß der Schwimmer sich auf den unteren
Anschlag senken kann. Das Ganze wird zweihundertmal wiederholt, und es hat sich
gezeigt, daß kein sichtbarer Schaden am Rohr 1 festgestellt werden konnte. Anschließend
wird eine elektrische Schaltvorrichtung an das Magnetventil angeschlossen und auf
Schalttakte von 5 Sekunden Dauer eingestellt. Nach 1600 Schaltperioden der Schaltvorrichtung
war kein Schaden am Rohr erkennbar. Wenn jedoch der erfindungsgemäße obere Schwimmeranschlag
durch den üblichen Schwimmeranschlag ersetzt wurde, riß das Rohr bereits nach dem
zweiten Druckstoß.